地铁车站混凝土结构裂缝控制技术研究★

刘 志 波

(中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000)

1 概述

控制裂缝的发展是满足地铁车站的使用性和耐久性以及较高防水性的要求的关键，尤其在南方多雨和地下水位较高的地区。据宁波轨道交通部分已建成的地铁站车调查发现：渗水、混凝土结构裂缝给地铁车站的运行以及维护带来了较大的难题。因此，对地铁车站混凝土结构裂缝原因进行分析和总结，提出针对性的防治措施，是非常重要的。本文依托宁波地铁四号线丽江站，对混凝土裂缝从工艺以及材料两方面进行研究，可为今后类似的工程提供参考。

2 工程概况

丽江路站位于宁波市轨道交通4号线土建工程的第9站。车站为地下2层岛式站台，车站采用明挖顺作法施工，车站基坑长468 m，标准段基坑宽21.4 m，车站标准段开挖深度17.7 m～18.9 m。丽江路站B-1基坑长80 m，侧墙厚度均为700 mm，底板厚度800 mm，中板厚度400 mm，顶板厚度900 mm。

3 裂缝产生原因及控制措施

3.1 裂缝产生原因

分析前期的调研结果表明，宁波已完工车站裂缝的原因主要分为：支架过早拆除、侧墙与板收缩不一致、基坑上浮压力及底板对侧墙的外约束作用几个方面。

3.2 裂缝的控制措施

根据裂缝产生的主要原因，具体从以下四方面分阶段采取控制措施。

3.2.1施工准备阶段质量控制

材料与配合比：

在保证混凝土强度及耐久性的前提下，采用低水化热的水泥，在混凝土中双掺矿粉、粉煤灰减少水泥用量；采用骨料堆场加遮阳棚，以降低骨料温度，严格控制骨料的针片状含量，优化骨料级配，以减少水泥用量，降低水化热，同时应控制砂、石材料的含水率，严格控制含泥量；在混凝土中适当的掺入缓凝型高效减水剂来降低水泥用量和减少水灰比，以此降低混凝土温升和减小收缩变形。

丽江路站大体积混凝土试验段浇筑时的配合比由经多次试验后提出，确定配合比如表1所示。

3.2.2混凝土浇筑过程中质量控制

1)混凝土布料。

混凝土浇筑方法采用全面分层法；构件截面面积较大，设备供应紧张时采用斜面分层法；下料高度必须小于2.0 m，布料厚度必须小于50 cm，一般大体积混凝土施工时，建议控制在30 cm，更有利于初期混凝土的散热；边下料边振捣，上层混凝土浇筑要在下层混凝土初凝前进行，不允许出现冷缝。

2)混凝土振捣与压面。

大体积混凝土施工时，振捣是关键。既不能过振，也不能漏振。振捣棒插入混凝土中要“快插慢拔”，插入的垂直度应满足振捣要求，振动时间宜控制在20 s～30 s，振动结果满足设计要求后停止振动。为了振捣均匀，振捣棒应在振捣过程中略微上下抽动。两个振点间的距离应为振捣棒振动有效半径的1.5倍。对于模板边缘的混凝土，建议采用φ25的小振捣棒在模板与钢筋之间进行振捣，将模板边缘的气泡赶尽。

为防止混凝土表面产生沉降裂缝和风干裂缝，在混凝土初凝前应对已经浇筑好的混凝土进行抹压。对于大体积混凝土的浇筑，如发现裂缝应及时进行二次抹压。

3.2.3混凝土养护阶段质量控制

大体积混凝土浇筑完毕后，安排专人负责混凝土的养护工作。本工程大体积混凝土的养护采用的是2层土工布和塑料薄膜组合的养护工艺。此工艺可有效减少养护水的蒸发，并且还可以对混凝土起到保温的效果。在养护过程中如发现混凝土表面出现干缩吸水裂纹或表面泛白等情况时，应立即适量洒水并仔细加以遮盖养护。养护阶段对大体积混凝土内外温差以及降温速率进行现场监测，要对降温阶段的混凝土进行及时的保温处理，混凝土的降温梯度应控制在2 ℃/d。

3.2.4混凝土温度、应变监测

1)监测仪器。

葛南实业MCU-32型应变测试器；四川葛兰VWS-15M型振弦式大弹模应变计；葛兰实业RT-1型电阻式温度探头；四川葛兰仪器有限公司YSPT型水工观测电缆；济南环宇通科技有限公司TR32型自动巡检温度监控设备；济南环宇通科技有限公司单点式电子测温仪。

2)温度测点布置材料，见表2。

3)应变测点布置材料。

底板、中板、顶板应变测点均布设在板中心处。-2层侧墙在离底板5 cm～10 cm，-1层侧墙在离中板5 cm～10 cm及侧墙中心处布设应变测点，见表3。

表2 温控耗材用量表

表3 应变耗材用量表

4)测点埋设。

丽江路站大体积混凝土在钢筋绑扎后，模板安装前布设好温度、应变监测点，及时记录监测数据，全面掌握混凝土温度、应力变化情况。布置测点的原则：容易散失热量部位、绝热温升最大和产生收缩应力最大的地方、受环境温度影响大、温度变化大；应变点应选择在内部约束最大、外部约束最大的地方。测点埋设：应按埋点位置图基本准确埋设，上下测温点均位于距混凝土表面5 cm～10 cm处，中间测点位于混凝土底板厚度的中心处；底板、中板、顶板应变点埋设于中心内约束最大的地方，侧墙应变点埋设于侧墙中心内约束最大及离板5 cm～10 cm外约束最大的地方。测点的埋设方法：按照测点的平面布置图，在钢筋绑扎工作完成后将监测点埋设在规定的位置，在埋设监测点的地方设置标识牌，防止施工中对监测点的破坏。

5)监测与报告。

混凝土温度监测时间宜大于14 d，必要时可根据实际情况延长监测时间，从测温头埋入混凝土中时开始监测；应变监测从混凝土浇筑完毕后开始监测，监测时间原则上不少于60 d。监测频率要求：混凝土浇筑过程中以及浇筑完成后至水化热升温阶段，每2 h测量一次温度，必要时可将监测时间缩短至1 h；在第一周的降温阶段每4 h监测一次，其余可按照温度变化的典型阶段每天测量2次～4次。最终测量时间由温度场和应力场的仿真计算时间与监测结果对比分析来确定。

监测人员，每次测试完毕发现异常情况应立即向有关方面(业主、监理、施工单位)报告，根据测温结果制定出应急措施；无异常情况时应每天至少报告一次，着重报告混凝土降温的最大速度、中心和表面、表面和环境温度之间的最大温差。

4 地铁车站混凝土裂缝控制试验

将B-1主体结构分为5段施工，每段长度控制在15 m～16.4 m左右。

4.1 工艺措施应用效果试验

温度与应变测点埋设：其中第1段、第3段、第5段底板进行温度和应力监测，-2层1段～4段侧墙均布设温度和应力监测元件，-1层第2段布设了温度和应力监测元件，-1层第4段布设了温度监测元件。

监测频率：温度测点1 d～14 d内自动监测，1次/h；应力测点1 d～3 d内：3次/d，3 d～28 d:1次/d～2次/d，28 d～90 d:1次/周，90 d～360 d:每月1次。

底板混凝土抗压强度见表4。

底板混凝土温控监测数据汇总表见表5。

表4 底板混凝土抗压强度

表5 底板混凝土温控监测数据汇总表

由图1可以看出，从混凝土凝结硬化后到混凝土温峰出现这一阶段，混凝土基本处于膨胀阶段，随着混凝土不断降温，其体积不断收缩，前期应变增加较快，总的收缩应变不断增大，28 d龄期后累计收缩应变值趋于平缓。

侧墙混凝土温控监测数据汇总表见表6。

表6 侧墙混凝土温控监测数据汇总表

-2层侧墙应变监测情况汇总表见表7。

表7 -2层侧墙应变监测情况汇总表

由图2可以看出，混凝土中掺入抗裂剂后，截止至35 d龄期混凝土仍处于膨胀阶段。混凝土达到温峰后，混凝土因温降、塑性、干燥收缩其体积不断减小，但在抗裂剂的补偿作用下，混凝土体积仍在膨胀，随着抗裂剂的不断消耗，其补偿能力不断减弱，使得混凝土的总膨胀值在第7天～第11天后不断减小，对比未掺抗裂剂底板混凝土的收缩值(约为负万分之1.83)，28 d抗裂剂的总膨胀值约为万分之2.27。

表8 各部位温度特征值

4.2 保温材料措施应用效果试验

采用专用保温布养护的-2层第1段侧墙、-2层第3段侧墙与采用组合木模板养护至3 d龄期拆模的-2层第2段，第4段侧墙的最高温度、最大内表温差、最大表面与环境温差、最大降温速率如表8所示，降温趋势如图3所示。

5 结语

1)以丽江路站为例，通过地铁车站混凝土结构裂缝控制成功研究，大大减少了地铁车站混凝土结构过多产生有害裂缝的技术难题，为保证大体积混凝土不开裂或减少其裂缝的产生，实现建设一流地铁工程的目标打下良好基础。

2)通过地铁车站混凝土结构裂缝控制成功研究得知，工艺的提高以及新型材料的推广使用在一定程度上推进了工程质量提升，也为同类地铁车站混凝土结构裂缝控制借鉴经验。